Vasúti vágánygeometria stabilizálása az ágyazat alá beépített georácsokkal

Vasúti vágánygeometria stabilizálása az ágyazat alá beépített georácsokkal Fischer Szabolcs egyetemi tanársegéd Dr. Horvát Ferenc CSc. főiskolai tanár

1

Tech4Auto - SZE Győr - 2010

2010.11.10.

1. Bevezetés Magyarországon nagyvasúti alkalmazásban szinte csak hagyományos zúzottköves felépítmények vannak A vasúti pálya romlása Magas fenntartási és karbantartási költségek (sűrű FKG szabályozási munkák, rostálás, stb.) Minimális fenntartásra fordítható pénzösszeg ↔ lassújelek okozta vontatási többletenergia Lehetséges megoldások:

    

    2

Magasabb éves fenntartási-karbantartási keretösszegek Lassújelek megszüntetése Deformációkra kevésbé hajlamos, de rugalmas felépítmény építése (zúzottköves) Merevlemezes felépítmény építése Tech4Auto - SZE Győr - 2010

2010.11.10.

2. Felépítmény-stabilizáció ágyazat alatti georácsokkal Összefogja a zúzottkő ágyazati szemcséket a georács síkjában





Vibráció és dinamikus terhelés (ágyazatváll lefolyása, irány- és fekszinthibák)

Interlocking hatás (csak bizonyos „h” magasságig)



Forrás: Konietzky et. al. (2004) 3


2010.11.10.

2. Felépítmény-stabilizáció ágyazat alatti georácsokkal Irodalomkutatás (hazai, külföldi)



  

4

Laboratóriumi mérések Számítógépes modellezés (FEM, DEM) Terepi mérések


2010.11.10.

2.1. Irodalomkutatás Laboratóriumi mérések:



  

Georács kihúzási vizsgálatok Kicsinyített modelleken végzett statikus és pulzáló terheléses mérések Valós méretarányú mintákon végzett statikus és pulzáló terheléses mérések

A vizsgálatok értékelési szempontjai:





       

5

A modell/minta mérete Statikus vagy pulzáló terhelés Alkalmazott rétegek vastagsága (alépítmény, védőréteg, ágyazat) Többféle anyag vizsgálata Georács rétegek száma Doboz- vagy ládafal és a szemcsék közötti súrlódáscsökkentés Terhelőlemez, tárcsa mérete Ágyazatváll lefolyásának modellezése Mérőműszerek, mérési pontosság Tech4Auto - SZE Győr - 2010

2010.11.10.

2.1. Irodalomkutatás

Forrás: Matharu, M. (1994) 6


2010.11.10.


Forrás: Thom, N. H. (2009) 7


2010.11.10.


Forrás: Indraratna et. al. (2007) 8


2010.11.10.


Forrás: Brown et. al. (2007) 9


2010.11.10.


Forrás: Brown et. al. (2007)

Forrás: Brown et. al. (2006)

Forrás: Indraratna et. al. (2007)

10


2010.11.10.

2.2. További kutatási elképzelések 

Laboratóriumi mérések 



Számítógépes szimuláció (PFC3D DEM program) 



Többszintes nyíróládás vizsgálat Laboratóriumi mérések szimulációja, igazolása

Terepi mérések 

11

Vasúti vágányba való beépítés és folyamatos diagnosztika


2010.11.10.

2.2.1. Laboratóriumi mérések

12


2010.11.10.


13


2010.11.10.


14


2010.11.10.

2.2.1. Laboratóriumi mérések 

Állandó értékek:    





Zúzottkő vastagsága: 40 cm Homok vastagsága: 10 cm Nyírási síkok száma: 4 db Alépítményt modellező rugalmas anyag Tömörítési munka (azonos rétegben, járatban, stb.)

Változók:     15

„Alépítmény” rugalmassági modulusa (pl.: 9, 15, 25 Mpa) 2 féle zúzottkőanyag (új és használt) 3 különböző függőleges terhelési érték Georács típusa Tech4Auto - SZE Győr - 2010

2010.11.10.

2.2.1. Laboratóriumi mérések 

A mérendő adatok:     



Az „alépítmény” E2 modulusa A zúzottkő anyagok szemeloszlása Függőleges terhelés Vízszintes terhelés A nyíróláda aljának elmozdulása

A szükséges mérések száma:    

 

16

Az „alépítmény” rugalmassági modulusa: i1=3 Georácstípusok száma: i2=3 Zúzottkőanyagok típusának száma: i3=2 Függőleges terhelési értékek száma: i4=3 Nyírási síkok: i5=4 3×3×2×3×4=216! → a mérések számának csökkentése (PFC3D) Tech4Auto - SZE Győr - 2010

2010.11.10.


17


2010.11.10.


18


2010.11.10.


19


2010.11.10.


20


2010.11.10.

2.2.1. Laboratóriumi mérések Nyomóerők alakulása a nyírási síkokban 30

A georács síkjától mért távolság (cm)

4. nyírási sík Nem tömörített zúzottkő, nincs terhelés, nincs georács

3. nyírási sík 20

Tömörített zúzottkő, nincs terhelés, nincs georács Nem tömörített zúzottkő, nincs terhelés, Tensar SSLAG georács

2. nyírási sík 10

Tömörített zúzottkő, nincs terhelés, Tensar SSLAG georács

1. nyírási sík 0 0

5

10

15

20

25

Nyomóerő (kN)

21


2010.11.10.

2.2.2. Számítógépes szimuláció



2010.11.10.

2.2.2. Számítógépes szimuláció



2010.11.10.

2.2.2. Számítógépes szimuláció 

Particle Flow Code 3 dimenzióban:   



Az alkalmazott szemcse mérete és alakja tetszés szerint összeállítható (elhelyezésük véletlenszerű generálással) Dinamikus terhelés figyelembevétele A szemcsék mozgásának elemzése, kiértékelése Szemcse-georács kapcsolat modellezése,…

Forrás: Bussert (2009) 24


2010.11.10.

2.2.3. Terepi mérések

TENSAR 1. georács

VIACON georács

TENSAR 2. georács

1625+00

1624+40

1623+50

1622+90

1622+80

1622+20

1621+60

1620+00



1621+00



Próbaszakaszok kialakítása georácsok beépítésével Kontrollszakaszok beiktatása Elkészült beépítés vázlatos elrendezése: 1620+60



NAUE 1. georács

NAUE 2. georács

1625

1624

1623

1622

1621

1620

1619

Szelvényezés

KIMLE

1618

LÉBÉNY

= vízzsák

25


2010.11.10.


26


2010.11.10.


27


2010.11.10.


28


2010.11.10.

2.2.3. Terepi mérések 

 

A referenciapontokhoz képest 3 aljanként a sínkoronák vízszintes és magassági értelemben felvett értékeinek regisztrálása 0,1 mm pontossággal Mérések ismétlése meghatározott időközönként (1 nap, 1 hét, 13-6-12-18-24-36 hónap elteltével) A georács beépítési hatásának vizsgálata a süllyedések, fekszinthibák, irányhibák, síktorzuláshibák kialakulására

29


2010.11.10.


30


2010.11.10.

2.2.3. Terepi mérések Süllyedések átlaga - bal+jobb sínszál A beépítés utáni fekszintszabályozás után eltelt idő (nap) 0

20

40

60

80

100

Süllyedések átlaga (mm)

0

120

140 NEM ROSTÁLT ROSTÁLT ÖSSZESEN

-2

ROSTÁLT GEORÁCS NÉLKÜLI ROSTÁLT GEORÁCSOS

-4

GEORÁCS 1. -6

GEORÁCS 2. GEORÁCS 3.

-8


-10 -12 -14

Fekszintszabályozás a 124. napon

-16

31


2010.11.10.

2.2.3. Terepi mérések Süllyedések szórása - bal+jobb sínszál A beépítés utáni fekszintszabályozás után eltelt idő (nap) 0

20

40

60

80

100

Süllyedések szórása (mm)

3,5

120


3


2,5


2


1,5

GEORÁCS 5.

1 0,5


0

32


2010.11.10.


Keresztsüppedések átlaga (mm)

Keresztsüppedések abszolút értékének átlaga A beépítés utáni fekszintszabályozás után eltelt idő (nap) 0

20

40

60

80

100

4

120


3,5

ROSTÁLT GEORÁCS NÉLKÜLI

ROSTÁLT GEORÁCSOS

3

GEORÁCS 1. 2,5


2


1,5 1

0,5


0

33


2010.11.10.

2.2.3. Terepi mérések Keresztsüppedések abszolút értékének A beépítés utáni fekszintszabályozás után eltelt idő (nap) Keresztsüppedések szórása

0

20

40

60

80

100

3

120

140 NEM ROSTÁLT ROSTÁLT ÖSSZESEN ROSTÁLT GEORÁCS NÉLKÜLI

2,5

ROSTÁLT GEORÁCSOS GEORÁCS 1.

2


1,5


1

0,5


0

34


2010.11.10.

2.2.3. Terepi mérések Síktorzulások abszolút értékének átlaga (3,6 m-es bázison) 0

A beépítés utáni fekszintszabályozás után eltelt idő (nap) 20

40

60

80

100

0,00035

120

140

NEM ROSTÁLT ROSTÁLT ÖSSZESEN

Síktorzulások átlaga

0,0003


0,00025


0,0002


0,00015

GEORÁCS 5.

0,0001 0,00005


0

35


2010.11.10.

2.2.3. Terepi mérések Síktorzulások abszolút értékének átlaga (7,2 m-es bázison) 0


40

60

80

100

120

0,00025

140 NEM ROSTÁLT


ROSTÁLT ÖSSZESEN ROSTÁLT GEORÁCS NÉLKÜLI

0,0002

ROSTÁLT GEORÁCSOS GEORÁCS 1. GEORÁCS 2.

0,00015

GEORÁCS 3. GEORÁCS 4. 0,0001

GEORÁCS 5.

0,00005

Fekszintszabályozás a 124. napon 0

36


2010.11.10.

2.2.3. Terepi mérések Síktorzulások abszolút értékének átlaga (10,8 m-es bázison) A beépítés utáni fekszintszabályozás után eltelt idő (nap) 0

20

40

60

80

100

0,00025

120

140 NEM ROSTÁLT


ROSTÁLT ÖSSZESEN ROSTÁLT GEORÁCS NÉLKÜLI

0,0002


GEORÁCS 2.

0,00015

GEORÁCS 3. GEORÁCS 4. 0,0001

GEORÁCS 5.

0,00005


0

37


2010.11.10.

2.2.3. Terepi mérések Fekszinthibák abszolút értékének átlaga (10,8 mes aszimmetrikus húron) - bal+jobb sínszál 0


40

60

80

100

Fekszinthibák átlaga (mm)

3

120

140 NEM ROSTÁLT ROSTÁLT ÖSSZESEN ROSTÁLT GEORÁCS NÉLKÜLI

2,5


2


1,5


1

0,5


0

38


2010.11.10.

2.2.3. Terepi mérések Fekszinthibák abszolút értékének szórása (10,8 m-es aszimmetrikus húron) - bal+jobb sínszál

Fekszinthibák szórása (mm)

0


40

60

80

100

2,5

120


2


1,5


1

0,5

Fekszintszabályozás a 124. napon 0

39


2010.11.10.

2.2.4. A kutatástól várt további eredmények  



A minimális ágyazatvastagság meghatározása georács erősítésű zúzottköves felépítményeknél A vizsgálatoknál alkalmazandó georácsok különböző merevségi, húzószilárdsági tulajdonsága és rácsmérete esetén korrekt kép alkotása a georács erősítés javító hatásával kapcsolatban Gazdaságossági számításokkal való igazolás a fenntartási költségek csökkentése tekintetében

40


2010.11.10.

3. Felhasznált irodalom 

BAGI, K.: A diszkrét elemek módszere, egyetemi jegyzet, BME Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék, 2007, p. 73



BATHURST, R. J., RAYMOND, G. P.: Geogrid reinforcement of ballasted track, Transportation Research Record No. 1153, 1987, pp. 8-14



BROWN, S. F., THOM, N. H., KWAN, J.: Optimising the geogrid reinforcement of rail track ballast, konferencia kiadvány, Railfound Conference, Birmingham, 2006, pp. 346-354



BROWN, S. F., KWAN, J., THOM, N. H.: Identifying the key parameters that influence geogrid reinforcement of railway ballast, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 25, 2007, pp. 326-335



BUSSERT, F.: Recent research into the actual behaviour of geogrids in reinforced soil, nyomtatásban nem megjelent konferencia előadás, Jubilee Symposium on Polymer Geogrid Reinforcement, London, 2009



INDRARATNA, B., SHAHIN, M., RUIJIKIATKAMJORN, C., CHRISTIE, D.: Stabilisation of ballasted rail tracks and underlying soft formation soils with geosynthetic grids and drains, ASCE Special Geotechnical Publication No. 152, Proceedings of Geo-Shanghai 2006, Shanghai, China, 2-4 June 2006, pp. 143-152



INDRARATNA, B., SHAHIN, M. A., SALIM, W.: Stabilisation of granular media and formation soil using geosynthetics with special reference to railway engineering, Journal of Ground Improvement, Vol. 11, No. 1, 2007, pp. 27-44



KONIETZKY, H., TE KAMP, L., GROEGER, T., JENNER, C.: Use of DEM to model the interlocking effect of geogrids under static and cyclic loading, Numerical Modeling in Micromechanics Via Particle Methods — 2004 (Proceedings of the 2nd International PFC Symposium, Kyoto, Japan, October 2004), pp. 3-11, Y. Shimizu et al., Eds. Leiden: Balkema, 2004.



MCDOWELL, G. R., KONIETZKY, H., JENNER, C., HARIRECHE, O., BROWN, S. F., THOM, N. H.: Discrete element modelling of geogrid-reinforced aggregates, Geotechnical engineering, Vol. 159, No. 1, 2006, pp. 35-48



MATHARU, M.: Geogrids cut ballast settlement rate on soft substructures, Railway Gazette International, March 1994



NEJAD, F. M., SMALL, J. C.: Pullout behaviour of geogrids, Iranian Journal of Science & Technology, Transaction B, Engineering, Vol. 29, No. B3, 2005, pp. 301-310



PERKINS, S. W., EDENS, M. Q.: Finite element modeling of a geosynthetic pullout test, Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 21, 2003, pp. 357-375



RAYMOND, G. P.: Reinforced ballast bahaviour subjected to repeated load, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 20, 2002, pp. 39-61



RAYMOND, G., ISMAIL, I.: The effect of geogrid reinforcement on unbound aggregates, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 21, 2003, pp. 355-380



SHIN, E. C., KIM, D. H., DAS, B. M.: Geogrid-reinforced railroad bed settlement due to cyclic load, Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 20, 2002, pp. 261-271



SHUWANG, Y., SHOUZHONG, F., BARR, B.: Finite-element modelling of soil-geogrid interaction dealing with the pullout behaviour of geogrids, Acta Mecahnica Sinica (Englih Series), Vol. 14, No. 4, Nov. 1998, pp. 371-382



SZEPESHÁZI, R.: Geotechnika, SZE egyetemi jegyzet, Győr, 2008, p. 187



THOM, N. H.: Rail trafficing testing, konferencia előadás, Jubilee Symposium on Polymer Geogrid Reinforcement, London, 2009

41


2010.11.10.

Köszönöm a megtisztelő figyelmüket!

[email protected]

42


2010.11.10.

Vasúti vágánygeometria stabilizálása az ágyazat alá beépített georácsokkal

Recommend Documents